автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Моделирование электрических режимов и разработка устройств для испытаний и тренировок электронных приборов

О А

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Райков Рустам Абдурахимович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕНИНОВ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИСПЫТАНИИ И ТРЕНИРОВОК ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Специальность 05.27.02 Вакуууная и плазменная электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань 1993'

Работа выполнена в Рязанской государственной радиотехнической академии.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Панов В. П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Быстрое Ю. А.,

кандидат технических наук Бочков В.Д.

Ведущая организация - Рязанское производственное объединение электронных приборов'

Защита состоится У 1994г. в СО часов на заседании

специализированного совета Д. 063.92.02 в Рязанской государствен- . ной радиотехнической академии.

Адрес академии: 390005,г. Рязань, ул. Гагарина,59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанской государственной радиотехнической академии.

Автореферат разослан ° 1994г. .

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук .

В. К. Федяев-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Процесс разработки и производства изделий электронной техники предусматривает ряд технологических и испытательных процедур, направленных на достижение требуемых параметров электронных приборов СЭП) и их контроль.

Устройства для осуществления этих процедур (особенно испытаний) чаще всего выполняет на основе принципов, используемых при построении эксплуатационных устройств. В таких случаях наиболее просто и полно удовлетворяются требования воспроизведения условий эксплуатации в процессе испытаний ЭП. Однако указанный способ моделирования электрических и энергетических нагрузок экономически и технически нерационален. Причина этого заключается в противоположности требований к эксплуатационным устройствам и устройствам для испытаний и тренировок.

Одна из основных задач при построении эксплуатационного устройства - достижение максимальной мощности в нагрузке при минимальной на ЭП, требование к испытательно-тренировочному устройству - воспроизведение нагрузок на ЭП, соответствующих эксплуатационным, при минимальных потерях на элементах, реализующих режим.

Использование эксплуатационных устройств для технологических и контрольных целей в процессе производства обусловливает большие габариты И массу оборудования, значительные потребляемые мощности, трудности с охлаждением нагрузок, малую степень унификации и ряд других проблем, усложняющих и удорожающих производство.

Указанные обстоятельства делают актуальными исследования и разработки, направленные на поиски методов и устройств, обеспечивающих более высокие технико-экономические показатели при адекватном воспроизведении эксплуатационных электрических и энергетических нагрузок на электронный прибор.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов моделирования динамических режимов ЭП и устройств для испытаний и тренировок в режимах, эквивалентных генераторному и выпрямительному.

- г -

Этапы достижения цели

- анализ и обобщение структур эксплуатационных устройств;

- расчет динамических режимов ЭП применительно к задачам моделирования;

- теоретические исследования и разработка методов формирования напряжений на электродах;

- разработка принципов построения электрических схем для реализации вариантов моделирования динамических режимов;

- экспериментальные исследования и внедрение эквивалентных устройств для испытаний в генераторном и выпрямительном ^режимах.

Научная новизна

Установлено, что принципы моделирования динамических режимов электронных приборов, основанные на рекуперации энергии и разделении источников, являются общими для всех классов приборов с электростатическим управлением.

Предложен и реализован способ аппроксимации функции напряжения на аноде ЭП в генераторном режиме на основе представления1

ее системой функций ||з1л (х-^) |+з1п (х-р^ . Получено соотношение для ошибки аппроксимации.

Разработано и внедрено устройство для испытаний в эквивалентном режиме на основе предлагаемого способа представления напряжения на аноде.

Исследовано и разработано устройство для моделирования генераторного режима, использующее принцип формирования анодного напряжения и напряжения на первой сетке с помощью источников пульсирующего напряжения с формой, описываемой функцией у=|з*пх| .

Разработан алгоритм нахождения коэффициентов разложения функции анодного напряжения в выпрямительном режиме в ряд по системе функций с одинаковыми частотами и кратными фазами.

Исследозаны и разработаны устройства, моделирующие выпрямительный режим на основе принципов разделения источников и одноступенчатой и каскадной рекуперации. Даны сравнительные оценки устройств, определены области их применения.

Практическая ценность работы

- установлен адекватный характер процессов в электронном приборе при испытаниях в разработанных эквивалентных и соответствующих динамических режимах;

- разработаны методы моделирования и инженерного расчета устройств для испытаний и тренировок ЭП в режимах, эквивалентных генераторному и выпрямительному, обеспечивающие выигрыш от 2 до 10 . раз по энергетическим показателям и более, чем вдвое по массо-габаритным в сравнений со стендами на основе эксплуатационных устройств;

- сняты ограничения по мощности генераторных приборов и электрической прочности выпрямительных на использование эквивалентных режимов;

--разработан метод математического моделирования функции анодного напряжения, практическая значимость которого заклвчает-ся в простоте физической реализации базовых функций в условиях промышленного предприятия.

Реализация результатов работы

По результатам настоящей работы разработаны, изготовлены и внедрены устройства для испытания и тренировки в эквивалентном режиме следующих типов электровакуумных и газоразрядных приборов: ЭГО-18/32, В1-0,13/55, В2-0,06/25, ТГ1-2/8, ГГ1-2/5, ГУ-81, ГУ-81М, ГКД1 -500/20, ТГИ2-400/16, ТПЕ-260/12, ТГИЗ-325/16, ТГИ1-270/12.

Результаты работы используются также при разработке методов моделирования режимов других классов приборов с электростатическим управлением электронным потоком.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Принципы построения модели динамического режима каждого класса электронных приборов с электростатическим управлением могут быть основаны на исключении нагрузочного элемента или замене его недиссипативным аналогом.

2. Моделирование генераторного режима посредством представления анодного напряжения системой неотрицательных функций по-

зьоляет исключить реактивные потоки энергии, уменьшить до трех раз габариты и массу устройств, снять ограничения по мощности испытуемых приборов.

3. Режим, эквивалентный выпрямительному, на принципе разделения источников формируется путем аппроксимации тока отрезком синусоидальной функции, а обратного напряжения - рядом по полупериодам синусоидальных функций с кратными фазами.

4. Использование принципов одноступенчатой и каскадной рекуперации позволяет воспроизводить выпрямительный режим с коэффициентом подобия близким к единице при уменьшенных на 20-30 '/, требованиях к разделительному управляемому элементу.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на научно-технической конференции "Моделирование надежности ЮТ на этапе их разработки", г. Ленинград, 1990г. Сдва доклада)¡научно-техническом семинаре "Надежность электронных приборов", г. Москва, 1989 г.; научно-технической конференции "Электрическая прочность электровакуумных приборов", г. Москва, 1990 г. (два доклада); научно-технических конференциях РРТИ, Рязань, 1S90 , 1992 гг. Кроме того, основные результаты работы прошли апробацию при разработке, внедрении и эксплуатации в условиях серийного производства ЭП предлагаемых устройств для испытания в режимах, экви-' валентных генераторному и выпрямительному.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 8 статьях и тезисах докладов, 3 авторских свидетельствах и ОСТе, разработанном автором. ,

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заклечения, библиографического списка, двух приложений и содержит 155 страниц текста, 42 страницы рисунков и 16 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цель и способы ее достижения, изложены научная новизна и практическая ценность, результаты внедрения, а также основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации рассмотрены известные способы построрния устройств для испытания-и тренировки электронных при-бороЕ различного класса с электростатическим управлением и сфор-

мулироЕанц общие принципы моделирования динамических режимов.

Дан анализ наиболее распространенного способа построения испытательно-тренировочного оборудования, обсуждены его недостатки. Отмечается, что при использовании эксплуатационного устройства в качестве испытательно-тренировочного эксплуатационный КПД п и КПД испытаний п связаны соотношением л =1-п .

е 'и 'и 'в

При т}д порядка 70-90 '/, т} находится в пределах 10-30 '/., что означает неоправданно большие затраты электрической энергии (особенно при испытании мощных ЭП). Большие потребляемые мощности определяют габариты и ма<*зу устройств, трудности с охлаждением нагрузочных элементов, значительные материальные затраты при изготовлении и эксплуатации и т.д., что удорожает стоимость испытаний.

Эти обстоятельства стимулировали проведение исследований и разработок, направленных на поиск иных способов адекватного воспроизведения эксплуатационных нагрузок на ЭП. Режимы и устройства, реализующие эти способы, получили название " эквивалентных" или "квазидинамических". В главе рассматриваются примеры такого рода устройств и режимов для некоторых классов приборов. Отмечается, что внедрение эквивалентных режимов и устройств позволяет значительно (в некоторых случаях на порядок) уменьшить мощность, потребляемую испытательно-тренировочным оборудованием, его габариты, массу, материалоемкость. Возможность оперативного изменения режимов позволяет легко варьировать электрические и энергетические нагрузки на эпектроды ЭП при тренировке, что приводит в некоторых случаях к уменьшении времени технологической обра ;тки и повышен:)» ее качества. Однако известные эквивалентные устройства для каждого класса ЭП обладают недостатками, во многих случаях ограничивающими их внедрение. Недостатки эти связаны в некоторых случаях с неадекватным воспроизведением отдельных процессов в ЭП, в других - несовместимостью с существующими системами энергопитания, в-третьих - отсутствием состретстпующей элементной базы и т.д. Ограничения, как правило, наступают в области больших мощностей и высоких напряжений, т.е. именно в той области, где применение эквирз-лентных режимов и устройств наиболее эффективно и насущно. •

В значительной мере трудности внедрения эквивалентных режимов связаны с недостаточной разработкой вопросов моделирования динамических режимов. При существующем уровне исследований каг-

дому классу электронных приборов ставится в соответствие однозначно определенный принцип построения эквивалентной схемы.

На основании анализа задачи моделирования в общем случае установлено, что эквивалентный режим для каждого класса электронных приборов может быть реализован на основе двух принципов -разделения источников и рекуперации, т.е. каждая из известных эквивалентных схем должна иметь аналог» выполненный по комплементарному принципу.

Существование двух возможностей принципиально различной реализации режима, эквивалентного динамическому, для каждого класса ЭП позволяет снять большинство ограничений, отмеченных выше, и значительно продвинуться в область больших мощностей и высоких напряжений.

Вторая глава посвящена ,моделирование генераторного режима на основе принципа разделения источников. Устройство, разработанное на этой основе, представляет собой альтернативу существующему устройству, выполненному на основе принципа рекуперации. Наличие альтернативы дает возможность выбирать различные способы реализации режима, эквивалетного динамическому, в зависимости от особенностей конкретного ЭП.. Моделирование режима основывается, на определенного типа аппроксимации функции напряжения на аноде.

На основе анализа вида функции устанавливается общее требование к аппроксимирующим функциям, заключающееся в их неотрицательности на интервалах определения. Учитывая также требование простой технической реализуемости, в качестве аппроксимирующей

выбирается система функций вида ||51п(х-)Р1) |+Б1п(х-р. и ищется

представление функции анодного напряжения и рядом

п

иа=Уо+ I , (1)

где Уо, V и р1 - амплитуды и фазы; п - число членов разложения.

Амплитуды и фазы находятся на основе критерия равенства гармоник разложения в ряд Фурье аппроксимируемой и аппроксимирующей функций. Решение приводит к результату У4 =(21-1)2^-Связь между переменной составляющей анодного напряжения и и амплитудой V дается выражением У=и гш^ . Значение Уо находится путем приравнивания постоянных составляющих напряжений в эквивалентном и динамическом и режима к ~ Ч^т ^ .

Ошибка разложения.р. определяемая как среднеквадратичное

отклонение двух представлений функции анодного напряжения, нахо-

•дйтся из формулы р--^— . Из этого соотношения видно, что ряд по 2п2

функциям (1) выбором числа членов разложения п может быть приближен со сколь угодно большой точностью к функции анодного напряжения.

Практическая реализация разложения обычно представляет собой компромисс между точностью и простотой осуществления. В условиях предприятий - изготовителей ЭП этот компромисс разрешается .выбором п=3. В этом случае аппроксимирующие функции технически восприэводятся путе!х выпрямления напряжений фаз трехфазной сети. Ошибка аппроксимации при этом не превышает 5,5 У,.

Устройство выполнено по схеме генератора с внешним возбуждением с изменениями в цеш4 управляющей сетки и анода. Суть изменений заключается в том, что в качестве источника возбуждения используется промышленная сеть переменного тока. Амплитуда напряжения возбуждения и постоянные напряжения на сетках устанавливаются равными значениям для динамического режима. В цепи анода исключается колебательный контур и нагрузка, а напряжение источника питания уменьшается до значения, соответствующего минимальному анодному напряжению в динамическом режиме. Оставшаяся часть постоянной составляющей и переменное напряжение, соответствующее напряжению на колебательном контур-?, формируется посредством трех соединенных последовательно однотактных однофазных выпрямителей, выход каждого из которых заиунтирован диодом, включенным встречно диоду выпрямителя, а первичные обмотки выпрямителей подключены к трехфазной сети.

Оценка расчетных мощностей источников анодного напряжения и связанных с ними массо-габаритных показателей устройства для испытания ЭП в генераторном режиме на основе принципа разделения источников показала, что первые - до 9, а вторые - до 3 раз меньше, чем соответствующие характеристики устройства, выполненного по схеме с рекуперацией. Иными слорэмя, в случае генераторных ЗП моделирование на основе.принципа радделения источников в большинстве.случаев выгоднее, ' чем на основе более прозрачной идеи рекуперации. Результаты внедрения и длительной эксплуатации полностью подтвердили соответствие динамического и эквивалентного режимов,1 а сравнительная оценка двух альтернативных реализаций эквивалентного режима показала правильность соотношений для их энергетических й массо-габаритных показателе!!.

В третьей главе рассматривается возможность упрощения способа моделирования генераторного режима на основе принципа разделения источников. Связана она с тем обстоятельством, что во многих случаях требование к точности воспроизведения анодного напряжения может быть значительно ослаблено. При этом энергетические нагрузки на электроды сохраняются, что определяет адекватность тепловых полей в эквивалентном и динамическом режимах. Основная идея построения эквивалентной схемы для генераторного режима, связанная с формированием анодного напряжения с помощью источников пульсирующего напряжения, в этом случэе также сохраняется. Это обусловливает, как и в устройстве, рассмотренном ранее, равенство расчетной мощности источника питания, рассеиваемой на аноде испытуемой лампы. Требуемое напряжение в данном случае формируется с помощью источника, представляющего собой двухтактный однофазный выпрямитель с резистивной нагрузкой. Напряжение, формируемое этим источником, описывается функцией Иа=ио|Б1п ы1| .

Сеточная цепь строится аналогичным образом и также содержит подобный источник, однако при этом напряжение на его выходе противоположно по знаку напряжению на выходе источника пульсирующе-, го напряжения в цепи анода. Противоположность знаков необходима для обеспечения условия противофазности первых гармоник переменных напряжений в цепи анода и первой сетки. :

Упрощение источников пульсирующего напряжения в цепи анода, регуляторов этих источников, возможность питания устройства от однофазной сети во многих случаях делают его боле9 предпочтительным в сравнении с устройством, рассмотренным в предыдущей главе и тем более устройством, выполненным на основе принципа рекуперации.

Расчет электрического режима для предложенной формы напряжения ведется для двух видов вольт-амперной характеристики сетки - линейной и квадратичной, Полученные результаты свидетельствуют о слабой зависимости корреляционных соотношений между синусоидальным и рассмотренным режимами от вида зависимости тока первой сетки от напряжения..

Значения углов отсечки в эквивалентном режиме находились путем учета условия независимости корреляционной связи между режимами от коэффициента использования анодного напряжения.

Рассмотрен также способ формирования напряжения на аноде.

при котором не только мощности, рассеиваемые на электродах, но и нормативные значения напряжений на них .в эквивалентном и динамическом режимах полностью совпадают. Это освобождает от необходимости корректировок нормативно-технической документации при переходе к эквивалентным методам испытаний. Заключается этот способ во введении отсечки в начале каждого периода анодного напряжения и сдвиге фазы сеточного напряжения.

Экспериментальная проверка полученных расчетных соотношений была осуществлена путем проведения сравнительных измерений напряжений, токов и температур в режимах с синусоидальной и рассмотренной формами напряжений, а также испытаний на долговечность. Результаты измерений и испытаний подтверждают возможность моделирования генераторного режима на основе аппроксимации напряжений на аноде и первой сетке функцией вида у=|з1пх | .

В четвертой главе рассматриваются вопросы, связанные с моделированием выпрямительного режима ЭП на основе принципа разделения источников. Осуществляется расчет динамического режима, отличающийся от известных тем, что в нем основное внимание уделяется нахождению параметров, характеризующих режим испытуемого вентиля (начального угла отсечки, времени протекания тока, координаты его максимума, формы тока, координаты максимума обратного напряжения и т.д.). Более точное знание режима выпрямительного прибора•важно, поскольку на нем основываются подходы к адекватному воспроизведению электрических и энергетических нагрузок.

Моделирование на основе принципа разделения источников позволяет проводить раздельное рассмотрение процессов токопрохожде-ния и паузы. Моделирование режима токопрохождения заключается в сохранении энергетических нагрузок на элементы и узлы испытуемого прибора. Это обеспечивается воспроизведением мощности, рассеиваемой на аноде, с коэффициентом'подобия, равным единице. Выбор формы тока в эквивалентном режиме определяется двумя факторами:

а) в случае, когда постоянная времени цепи заряда емкости фильтра меньше приведенной длительности тока через ЭП, форма тока представляет собой отрезок синусоидальной функции;

б) поскольку речь идет о практической реализации, постольку важны формы легко достижимые в условия* промышленного предприятия.

Эти дьэ обстоятельств ;з. и определяют выбор формы тока в эк-

- ю -

Бивалентном режиме в виде положительной полуволны синусоиды с отсеченным начальным участком.

При моделировании выпрямительного режима возникает задача, связанная с воспроизведением функции обратного напряжения на аноде испытуемого прибора. Эта задача имеет два аспекта - физический и математический. Физический аспект заключается в выборе из множества возможных функциональных систем такой, которая бы имела простую практическую реализацию в условиях предприятия-изготовителя ЭП. Математический же аспект связан с разработкой (или использованием известного) алгоритма представления заданной функции известной системой функций, т.е. проблемой разложения функций. Физический аспект учитывается путем выбора в качестве базовых функций системы, использованной при моделировании генераторного режима. Математический аспект, однако, не может быть рассмотрен с применением аналогичных приемов. СвязаЛо это с тем, что ни аппроксимируемая, ни аппроксимирующая функции не могут быть представлены конечным числом членов разложения по какой-либо известной системе функций.

На основании рассмотрения общих принципов приближения по среднеквадратичной мере предлагается алгоритм разложения в ряд по системе

|«1п[х-(Н1-1%]} . С2)

Это система линейно независимых, но не ортогональных функций, вследствие чего стандартные приемы расчета коэффициентов разложения использованы быть не могут. Известные приемы ортого-нализации приводят к неоднозначным и весьма сложным системам и поэтому также не могут быть приняты. Предлагаемый алгоритм связан с особенностью функции С2Э, заключающейся в том, что на интеррале ?.п она отлична от нуля лишь для х 21-1)^. Учет именно этой особенности позволяет получить рекуррентное соотношение для нахождения коэффициентов разложения

' Л/г п . .. '

' . афг Г(х)бх , ' СЗ)

О , Я * ■ . . '

/п . ' .

— - 5111 гг

- и -

. В качестве примера применения предлагаемого способа аппроксимации рассмотрено представление функции анодного напряжения в генераторном режиме для случаев трех, четырех и пяти членов ряда. Сравнение полученных результатов с коэффициентами из главы 2 обнаруживает их хорошее совпадение. Максимальная относительная ошибка составляет величину менее 0,15 '/. и объясняется отличием критериев, лежащих в основе принятых методов определения коэффициентов.

С учетом особенностей режима разделительного управляемого вентиля рассчитаны коэффициенты разложения функции обратного напряжения_для случаев двух, трех и четырех членов разложения.

• , Конкретная схема устройства представляет собой две независимые ветви - низковольтную и высоковольтную , разделенные управляемым электронным вентилем. Низковольтная ветвь содержит источник синусоидального напряжения, обеспечивающий необходимую •величину и форму тока. Требуемый угол отсечки обеспечивается выбором момента включения разделительного вентиля. Этот же вентиль обеспечивает развязку источников низкого и высокого напряжений. Высоковольтный источник представляет собой последовательное соединение' ряда однотактных однофазных выпрямителей, выходные напряжения которых сдвинуты на углы £ , а амплитуды определены из соотношений (3) и С4).

Результаты внедрения на десяти типах ЭП и длительной эксплуатации подтвердили простоту реализации, универсальность и экономическую эффективность предлагаемого устройства.

В этой же главе приведены результаты разработки и описана конструкция управляемого вентиля, в большей степени отвечающего требованиям к разделительному. Необходимость его разработки следует из анализа возможности применения существующих типов управляемых газоразрядных и вакуумных приборов. Требования высокой электропрочиости и устойчивости к воздействию факторов, сопровождающих пробои, малые уровни термотоков, естественное охлаждение и, наконец, низкая стоимость обусловили особенности конструкции прибора. Для повышения электропрочности, уменьшения вероятности прямых пробоев на эмкттнрупщую поверхность катода и ионной бомбардмрозки формирование огектронного. потока на анод

осуществляется с помощью скрещенных электрического и магнитного полей, аналогично тому, как это делается в инжектронах и пушках магнетронного типа. В отличие от инжектрона прибор имеет цилиндрический катод и дополнительный управляющий электрод, подбором потенциала которого можно изменять аксиальную составляющую электрического поля. Введение дополнительного электрода обеспечивает большую гибкость режима и еще более, в сравнении с ин-кектроном, уменьшает вероятность пробоев на эмиттирующую поверхность катода. Достаточно массивные медные управляющие электроды обеспечивают хороший теплоотвод и, как следствие, низкую температуру и уровни термотоков. Прибор имеет два анода, что дает возможность при соответствующем их соединении обеспечить изменение распределения плотности мощности по поверхности за время действия импульса тока.

Пятая глава посвящена исследованию особенностей моделирования выпрямительного режима на основе принципа рекуперации и построению на этой основе устройств для испытаний и тренировок ЭП. Необходимость этого исследования обусловлена недостатками моделирования на основе принципа разделения источников С трудности выбора разделительного вентиля, воспроизведения условий пробоя и т.д.). Оно также имеет методическое значение как пример, подтверждающий тезис о двух принципах моделирования электрического режима каждого класса электронных приборов.

По общему определению схема с .рекуперацией строится путем исключения активного нагрузочного элемента при сохранении остальных элементов схемы испытания е динамическом режиме. В случае выпрямительного режима сохраняются источник переменного напряжения и емкостной накопитель. Реэистивная же нагрузка заменяется устройством, обеспечивающим перекачку энергии, рассеиваемую в нагрузке, в промышленную сеть или иной источник питания.

Рекуперативная цепь представляет собой в общем случае последовательное соединение индуктивности и трансформатора-рекуператора, подключенные параллельно к промежуточному емкостному накопителю, который, ь свою очередь, через зарядную индуктивность и управляемый вентиль соединен со штатной накопительной емкостью динамической схемы.

В диссертации рассматриваются дг;й способа ке-рекачки энергии канспителл в исго-гсик • одноступенчатый (.н этом случае спсуто гйугс зарядная инкуктаьяосгь и арок'^эуточнкС накопитель) и

г

двухступенчатый, и некоторые ' особенности, связанные с реализацией этих способов. В одноступенчатой рекуперации также анализируются два варианта - случай разнесения во времени процессов заряда и разряда накопителя и случай их частичного совмещения. Вариант с разнесением во времени процессов в цепи испытуемого прибора и рекуперативной цепи позволяет в наибольшей степени приблизить динамический и эквивалентный режимы. Однако в этом случае оказываются весьма большими и длительными реактивные потоки энергии в цепи трансформатора-рекуператора.

Существенное уменьшение реактивных потоков достигается при частичном совмещении процессов заряда и разряда емкости накопителя.

Каскадная рекуперация энергии упрощает требования к разделительному управляемому вентилю и обеспечивает большую гибкость режима испытаний. При прочих равных условиях в этом случае значительно уменьшается прямое напряжение на аноде запертого управляемого вентиля, а также расчетное напряжение трансформатора-рекуператора. Изготовление испытательного стенда на четное число /позиций позволяет, как и в случае одноступенчатой рекуперации, свести мощность, -потребляемую из сети, к мощности, близкой к рассеиваемой на испытуемых приборах. Сравнительные испытания, проведенные на устройстве,, моделирующем выпрямительный режим на основе -каскадной рекуперации, подтвердили соответствие динамического и эквивалентного режимов и вывод о более легких условиях работы разделительного вентиля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлено теоретически и подтверждено конкретными разработками, экспериментами и результатами внедрения на двух типах ламп, что динамический режим каждого класса электронных приборов с электростатическим управлением может быть моделирован на основе двух принципов - рекуперации и разделения источников. Существование альтернативы значительно расширяет возможности .внедрения эквивалентных режимов и устройств как внутри рассмотренных в диссертации классов приборов, так и приборов других классов.

2. Установлены требования к системе функций, аппроксимирующих напряженно на аноде ЭП в генераторном режиме. Показано, что ■в условиях промышленного предприятия им в наибольшей степени от-

вечают функции вида (х-^ ) |+51п(х-р4 .

3. Предложен и реализован на основе критерия сравнения разложений по известной системе функций способ аппроксимации функции напряжения на аноде в генераторном режиме в виде ряда по предлагаемой системе. Установлено, что амплитуды членов ряда одинаковы, а их фазы кратны. Ошибка разложения определяется выражением Р=~7 •

4. Разработано и внедрено устройство на основе предложенного способа аппроксимации для испытаний ЭП в режиме, эквивалентном генераторному. Показано, что использование его позволяет исключить рекуперативные потоки в цепях источников питания и до трех раз улучшить массо-габаритные показатели. Принцип построения устройства защищен авторским свидетельством.

5. Разработано, защищенное авторским свидетельством, устройство для моделирования генераторного режима на основе представления анодного напряжения и напряжения на первой сетке функцией вида у=|б1лх| , обеспечивающее в условиях промышленного предприятия простую реализацию и наиболее высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели в сравнении с другими известными устройствами.

6. Разработан на основе критерия наименьшего квадратичного отклонения алгоритм нахождения коэффициентов разложения функции напряжения на аноде ЭП в ЕЫпрямительном режиме в ряд по системе функций с одинаковыми частотами и кратными фазами. Коэффициенты определяются из рекуррентного, соотношения

П/гп

а, =.

а =~ Г РСх)(й ,

о Я •> '

о

г Л/1П 2 |

1 & _ <Нп 2п

П 1 ¡Т"

7. Разработано и внедрено на десяти типах электронных приборов устройство для испытаний в реи:ме, эк^ивьлентном выпрямительному, построенное на основе принципа разделения источников. Напряялние на аноде испытуемого прибора формируется посредством

разложения функции напряжения в динамическом режиме в ряд по системе функций с одинаковыми частотами и кратными фазами. Устройство не менее, чем на порядок, экономично в сравнении с прототипом, построенным на основе эксплуатационной схемы, позволяет в широких пределах варьировать режим ЭП, что дает возможность использовать его для испытаний нескольких типов ламп.

8. Разработана и защищена авторским свидетельством конструкция управляемого вентиля, предназначенного для применения в качестве разделительного в устройствах моделирования выпрямительного режима. По совокупности характеристик и параметров прибор в большей степени отвечает требованиям к разделительному в сравнении с другими типами ЭП.

9. Разработаны устройства для моделирования выпрямительного режима на основе одноступенчатой и каскадной рркуперации. Показано, что в них наиболее полно воспроизводятся эксплуатационные нагрузки на испытуемый ЭП и снижены требования к элементной базе, что обусловливает расширение областей возможного применения устройств.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ

'г

1. Рафиков Р. А. Устройство для испытания электронных приборов в 'режиме, эквивалентном выпрямительному, с автомодельным воспроизведением процессов при пробое //Электрическая прочность электровакуумных приборов: Тез. докл. М. , 1990. С. б

2. Рафиков Р. А. Устройство для моделирования электрических режимов генераторных приборов //Электрическая прочность электровакуумных приборов: Тез.докл. М. , 1990. С.6-7.

3. Рафиков Р. А. Моделирование выпрямительного режима электронных приборов //Вакуумная и плазменная электроника: Межвуз.сб. Рязан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1991. С. 110-112.

4. Рафиков Р. А. , Панов В. П. Эквивалентная схема для испытания генераторных приборов //Вакуумная и плазменная электроника: Межвуз.сб. Рязан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1991. С.112-117.

5. Рафиков P.A. Аппроксимация функции напряжения на аноде при моделировании генераторного режима электрошшх приборов // Электронная техника. Сер.4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. Вып. 1, 1992. С. 6.

6. Рафиков Р.А. Моделирование электрических режимов элект-

ронных приборов //Электронная техника. Сер.4. Электровакумные и газоразрядные приборы. Вып.4, 1992. С.6.

7. Рафиков Р.А. Устройство для испытания электронных приборов в генераторном режиме//Вакуумная и плазменная электроника: Межвуз.сб. Ряэан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1992. С.84-87.

8. Рафиков Р. А. Режимы и устройства, эквивалентные динамическим, для испытания электронных приборов //Вакуумная и плазменная электроника: Межвуз.сб. Ряэан. радиотехн. ин-т. Рязань, 1993. С. 110-112.

9. А.С.1689892. Устройство для испытания электронных приборов в генераторном режиме/Р. А. Рафиков №4723292, Заявл. 20.07. 89. Опубл. 08.07.91.

10. А. С. 1178252. Электровакуумный прибор / А. С. Воробьев, М. М. Зильберман, Р. А. Рафиков. №3689138, Заявл. 06.01.84. Опубл. 08.05.83.

11. А.С.1800409. Устройство для испытания электронных приборов в режиме, эквивалентном генераторному/Р. А. Рафиков №4902604, Заявл. 14. 01. 91. Опубл. 09.10. 92.

12. Кенотроны высоковольтные. Метод построения и расчета эквивалентной электрической схемы устройства для испытания на надежность в выпрямительном режиме // 0СТ110Д0 330. . 001-74. Москва. Разработчик - Рафиков Р. А.

Рафиков Рустам А'бдурахимович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ И ТРЕНИРОВОК ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук '

Подписано в печать 26.01.94. Формат бумаги 60x84 1/16.

Бумага писчая N 2. Печать ротапринтная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тирак 100 экз. Заказ 100. Бесплатно.

Рязанская государственная радготохническая академия. 390003, Рязань, ул. Гагарина. 55-'1. У"«сток оперативной полиграфии ОСлстатуправления. 390005. Рязань, ул.Типяиова, 4.

é